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　　课程设计报告电子配料秤设计专业电子信息工程学生姓名**非班级B电子062学号0610620228指导教师孙宏国完成日期2008年10月26日目录1、设计任务和要求………………………………………………….2、总体设计方案…………………………………………………….3、设计的原理框图………………………………………………….4、设计的具体过程（1）.传感器的设计…………………………………………...（2）.放大器的设计………………………………………….（3）.料重指示器的设计…………………………………………..（4）.比较器的设计……………………………………...（5）.基准电压的设计…………………………………………（6）.直流电源的设计…………………………………………5设计小结………………………………………………………….6参考文献…………………………………………………………..一、设计任务和要求在工业生产中，经常要将不同的物料按一定重量的比例配置进行混合加工，现设计重量计量装置，用于配料生产的自动控制系统要求：1、配料精度优于百分之一；2、配料的重量连续可调，料满自动停止加料；3、工作稳定可靠；4、设计电路所需的直流电源。二、总体设计方案1、该装置主要功能是用电子电路实现对物料重量的计量，故首先应将物料重量（非电量）转换成电量。被称物料可通过支撑料斗的负重传感器，实现将重量信号转换成电信号，电量数值大小与物料的重量成比例2、根据预先设定的配料重量，来确定基准电压（类似于天平的砝码），其值大小可以调节。3、将表示无聊重量的电信号与基准电压进行比较，其比较结果（输出状态）来控制执行机构完成指定的动作。三、设计的原理框图四.设计的具体步骤1.传感器：可采用电阻应变式荷重传感器，将多个同类型的传感器串接连接使用，可扩大输出电压范围。2.放大器：将传感器输出的微弱信号电压予以放大，可采用通用型集成运算放大器。3.料重指示器：可由电压跟随器和电流表组成。电压放大器的输出信号作为输入信号加于电压跟随器(射极输出器)的输入端，在射极串接一电流表M测试电流的数值，重物（所加物料）愈重，则M的指示读读数愈大。4.比较器：可采用继承云放和反馈元件构成迟滞比较器。放大器的输出电压Vo’与基准电压Vref进行比较，当Vo

　　Vd+Vol,D导通。当Vo’由大下降到Vp时,Vo又由Vol变到Voh。电容C起到提高转换速度的作用。为保证转换精度，要求基准电压Vref稳定，且R1、R2、Rf选用精密电阻。Vref可采用稳压管稳压电路获得。5.执行机构：可采用符合三极管和继电器J等元件组成。三极管工作于开关状态，由比较器的输出状态控制。当Vo=Voh时，三极管导通，使继电器吸合；当Vo=Vol时，三极管截止，继电器释放，则相应的控制电路按有关逻辑程序工作雷竞技RAYBETapp官网，使之完成预定的动作。（1）.传感器的设计在这里我们采用电阻应变式称重传感器，其原理是：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。弹性体弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。需要说明的是，上面分析的应力状态均是“局部”情况，而应变片实际感受的是“平均”状态。检测电路检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。（2）.放大器的设计在这里我们选用通用型运算放大器，通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。我们使用741型通用型集成运算放大器它由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成，是一个中等增益的通用型集成运算放大器。它的主要指标为：开环差模电压放大倍数106dB(2′106)，差模输入电阻2MΩ，输出电阻75Ω，最大输出电压±13V，最大共模输入电压±13V，共模拟制比90dB(3′105)，静态电流1.7mA，静态功耗50mΩ。下图为其原理电路图741型集成运算放大器的原理电路1）．偏置电路741型集成运放由24个BJT、10个电阻和一个电容所组成。在体积小的条件下，为了降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态工作电流，故采用微电流源电路。由+VCC→T12→R5→T11→–VEE构成741的主偏置电路，决定偏置电路的基准电流IREF。主偏置电路中的T11和T10组成微电流源电路（I REF »I C11 ），由I C10 供 给输入级中T 3 、T 4 的偏置电流。I C10 远小于I REF 。 T 8 和T 9 为一对横向PNP 型管，它们组成镜像电流源，I E8 =I E9 ，供给输入级 T 1 、T 2 的工作电流（I E8 »I C10 ）。这里I E9 为I E8 的基准电流。于是I C1 =I C2 =（1+2/b） I C8 /2，I C1 » I C3 = I C4 » I C5 = I C6 。必须指出，输入组的偏置电路本身构成反馈环，可 减小零点漂移。例如，当温度升高时，引起I C3 、I C4 的增加，则产生如下的自动 调整过程： 由此可见，由于I C10 恒定，上述反馈作用保证了I C3 和I C4 十分恒定，从而 起到了稳定工作点的作用，提高了整个电路的共模抑制比。 T 12 和T 13 构成双端输出的镜像电流源，T 13 是一个双集电极的横向PNP 型 BJT，可视为两个BJT，它们的两个基-集结彼此并联。一路输出为T 13B 的集电极， 使I C16 + I C17 = I C13B ，主要作为中间放大级的有源负载；另一路输出为T 13A 的集电 极，供给输出级的偏置电流，使T 14 、T 20 工作在甲乙类放大状态。 2）．输入级 在简化电路中，输入级是由T 1 ~T 6 组成的差分式放大电路，由T 6 的集电极 输出，T 1 、T 3 和T 2 、T 4 组成共集-共基复合差分电路。纵向NPN 管T 1 、T 2 组成 共集电路可以提高输入阻抗，而向PNP 管T 3 、T 4 组成的共基电路和T 5 、T 6 、T 7 组成的有源负载 增益、最大差模输入电压并扩大共模输入电压范围，同时可以改善频率响 应。另外，有源负载比较对称，有利于提高输入级的共模抑制比。T 7 用来构成 T 5 、T 6 的偏置电路。在这一级中，T 7 的b 7 比较大，I B7 很小，所以I C3 =I C5 。这就 是说，无论有无差模信号输入，总有I C3 = I C5 = I C6 的关系。 当输入信号v i =0 时，差分输入级处于平衡状态，由于T 16 、T 17 组成的复合 管的等效b 值很大，因而I B16 可以忽略不计，这时I C3 = I C5 = I C4 = I C6 ，输出电流 i O1 =0。 当接入信号v I 并使同相输入端为（+），反相输入端为（–）时，则有 而 所以，输出电流 ，这就是说，差分 输入级的输出电流为两边输出电流变化量的总和，使单端输出的电压增益提高到 近似等于双端输出的电压增益。 3）．中间级 这一级由T 16 、T 17 组成复合管共射极放大电路，集电极负载为T 13B 所组成 的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，同时也具有较 高的输入电阻。 4）．输出极 本级是由T 14 和T 20 组成的互补对称电路。为了使电路工作于甲乙类放大状 态，利用T 18 管的集-射两端电压V CE18 接于T 14 和T 20 两管基极之间，给T 14 、T 20 提供一起始偏压，同时利用T 19 管（接成二极管）的V BE19 连于T 18 管的基极和集 电极之间，形成负反馈偏置电路，从而使V CE18 的值比较恒定。这个偏置电路由 T 13A 组成的电流源供给恒定的工作电流，T 24 管接成共集电路以减小对中间级的 负载影响。 为了防止输入级信号过大或输出短路而造成的损坏，电路内备有过流保护 元件。当正向输出电流过大，流过T 14 和R 9 的电流增大，将使R 9 两端的压降增 大到足以使T 15 管由截止状态进入导通状态，V CE15 下降，从而限制了T 14 的电流。 在负向输出过大时，流过T 20 和R 10 的电流增加，将使R 10 两端电压增大到使T 21 由截止状态进入导通状态，同时T 23 和T 22 均导通，降低T 16 及T 17 的基极电压， 使T 17 的V C17 和T 24 的V E24 上升，使T 20 趋于截止，因而限制了T 20 的电流，达到 保护的目的。 （3）.料重指示器的设计 可选用电压跟随器和电流表构成，电压放大器的输出信号作为 入信号加于电压跟随器(射极输出器)的输入端，在射极串接一流 表M测试电流的数值，重物（所加物料）愈重，则M的指示读 读数愈大。 我们选用射极输出器作为电压跟随器。它是由三极管共集电极组成的放大器。电 压放大倍数略小于一，电压跟随性好，输入阻 抗高输出阻抗低。 其电路图如下 射极输出器原理图 （4）.比较器的设计 可选用集成运放和反馈元件构成迟滞比较器，电路图如下 迟滞比较器原理图 放大器的输出电压 Vo’与基准电压 Vref 进行比较，当 Vo

　　Vd+Vol,D 导通。当 Vo’由大下降到 Vp 时,Vo 又由 Vol 变到 Voh。电容 C 起到提高转换速度的作用。为保证转换精度，要求基准电压 Vref 稳定，且R1、 R2、R 选用精密电阻。Vref 可采用稳压管稳压电路获得。 （5）.基准电压的选择 基准电压是许多控制或应用电路所必需的，而且电路的控制精度和性能指标很大 程度上取决与基准电压的好坏。对基准电压的基本要求是：在电源电压和环境温 度变化时其电压值应保持恒定不变。通常选用稳压二极管作为基准电压源，据其 所需电压值选用一个对应型号的稳压管就可以。但选择一个是否合适是否最佳是 很有讲究的。 传统的带隙电压基准源面积大、功耗大、不适应低功耗小面积的要求。立足 于低功耗、小面积、利用工作于弱反型区晶体管的特点，对传统的带隙电压基准 源做出改进，设计了一款最大消耗380 nA 电流的电压基准源，大大减小了面积， 且与CMOS 工艺兼容，同时提出一种新的不耗电的启动电路。 传统带隙基准源如图1 所示。 由PTAT 产生电路，负PTAT 产生电路，放大器，加法器组成。原理是由 2 Q ， 1 Q 两个PNP 三极管和电阻 3 R 产生PTAT 电流，流过电阻